EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)市場化，采用傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)手段在較短時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已經(jīng)越來越難完成了。EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生一種高級(jí)、快速、有效電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。本文介紹了EDA技術(shù)主要特點(diǎn)和功能，并對(duì)將EDA技術(shù)引入到數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作方案進(jìn)行了探討。

1 EDA技術(shù)

EDA(電子線路設(shè)計(jì)座自動(dòng)化)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)、以硬件描述語言(VHDL)為設(shè)計(jì)語言、以可編程器件(CPLD/FPGA)為實(shí)驗(yàn)載體、以 ASIC/SOC芯片為目標(biāo)器件、進(jìn)行必要元件建模和系統(tǒng)仿真電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程。EDA是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域一場革命，它源于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助測試和計(jì)算機(jī)輔助工程。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師從概念，算法、協(xié)議開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，從電路設(shè)計(jì)，性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成全過程均可在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)最新發(fā)展方向，其基本特征是設(shè)計(jì)人員以計(jì)算機(jī)為工具，按照自頂向下設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，由硬件描述語言完成系統(tǒng)行為級(jí)設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)開發(fā)工具自動(dòng)完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線、仿真及特定目標(biāo)芯片適配編譯和編程下載，這被稱為數(shù)字邏輯電路高層次設(shè)計(jì)方法。

1.1 EDA軟件簡介

“EDA”就是Electronic Design Automation(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)，也就是能夠幫助人們設(shè)計(jì)電子電路或系統(tǒng)軟件工具，該工具可以使設(shè)計(jì)更復(fù)雜電路和系統(tǒng)成為可能。目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響EDA軟件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、MicmSim等等，這些軟件各具特色，大體分為芯片級(jí)設(shè)計(jì)工具、電路板級(jí)設(shè)計(jì)工具、可編程邏輯器件開發(fā)工具和電路仿真工具等幾類;其中Protel是國內(nèi)最流行、使用最廣泛一種印制電路板設(shè)計(jì)首選軟件，由澳大利亞protd Technology公司出品，過去只是用來進(jìn)行原理圖輸入和PCB版圖設(shè)計(jì)，從Protel 98開始，加入了模擬數(shù)字混合電路仿真模塊和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)模塊，1999年P(guān)rotel推出了功能更加強(qiáng)大EDA綜合設(shè)計(jì)環(huán)境Protel 99，它將EDA全部內(nèi)容整合為一體，成為完整EDA軟件，因而該軟件發(fā)展?jié)摿艽螅罹咛厣妥顝?qiáng)大功能仍是原理圖輸人和PCB版圖設(shè)計(jì)。

1.2 EDA技術(shù)主要內(nèi)容

EDA技術(shù)涉及面很廣，內(nèi)容豐富，從教學(xué)和實(shí)用角度看，主要應(yīng)掌握如下4個(gè)方面內(nèi)容：一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?二是硬件描述語言;三是軟件開發(fā)工具;四是實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)載體，硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要表達(dá)手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)下載工具及硬件驗(yàn)證工具。

1.3 EDA技術(shù)主要特征

作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)主導(dǎo)技術(shù)，EDA具有幾個(gè)明顯特征：

1.3.1用軟件設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)硬件

硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開發(fā)軟件自動(dòng)完成，設(shè)計(jì)輸入可以是原理圖VHDL語言，通過軟件設(shè)計(jì)方式測試，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定功能硬件電路設(shè)計(jì)，而硬件設(shè)計(jì)修改工作也如同修改軟件程序一樣快捷方便，設(shè)計(jì)整個(gè)過程幾乎不涉及任何硬件，可操作性、產(chǎn)品互換性強(qiáng)。

1.3.2基于芯片設(shè)計(jì)方法

EDA設(shè)計(jì)方法又稱為基于芯片設(shè)計(jì)方法，集成化程度更高，可實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)集成，進(jìn)行更加復(fù)雜電路芯片化設(shè)計(jì)和專用集成電路設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品體積小、功耗低、可靠性高;可在系統(tǒng)編程或現(xiàn)場編程，使器件編程、重構(gòu)、修改簡單便利，可實(shí)現(xiàn)在線升級(jí);可進(jìn)行各種仿真，開發(fā)周期短，設(shè)計(jì)成本低，設(shè)計(jì)靈活性高。

1.3.3自動(dòng)化程度高

EDA技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)輸入文件，將電子產(chǎn)品從電路功能仿真、性能分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)到結(jié)果測試全過程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成，自動(dòng)生成目標(biāo)系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)人員不必學(xué)習(xí)許多深入專業(yè)知識(shí)，也可免除許多推導(dǎo)運(yùn)算即可獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度高，減輕了設(shè)計(jì)人員工作量，開發(fā)效率高。

1.3.4自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)品直面設(shè)計(jì)

EDA技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)輸入文件(HDL或電路原理圖)，自動(dòng)地進(jìn)行邏輯編譯、化簡、綜合、仿真、優(yōu)化、布局、布線、適配以及下載編程以生成目標(biāo)系統(tǒng)，即將電子產(chǎn)品從電路功能仿真、性能分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)到結(jié)果測試全過程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成;

1.4 EDA技術(shù)要點(diǎn)

1.4.1可編程邏輯器件-PLD

數(shù)字邏輯器件發(fā)展直接反映了從分立元件、中小規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)芯片過渡到可編程邏輯器件過程。ISP技術(shù)和HDPLD器件使設(shè)計(jì)人員能夠在實(shí)驗(yàn)室中方便地開發(fā)專用集成數(shù)字電路芯片ASIC.當(dāng)前，國內(nèi)外許多著名廠商均已開發(fā)出新一代ISP器件以及相應(yīng)開發(fā)軟件(如Synario、EXPERT、 Fundation、MAX Plus2等)。

1.4.2“自頂而下”設(shè)計(jì)方法

10年前，電子設(shè)計(jì)基本思路還是選擇標(biāo)準(zhǔn)集成電路“自底向上”(Bottom-Up)地構(gòu)造出一個(gè)新系統(tǒng)。這樣設(shè)計(jì)方法如同一磚一瓦建造樓房，不僅效率低、成本高而且容易出錯(cuò)，高層次設(shè)計(jì)給我們提供了一種“自頂向下”(Top-Down)全新設(shè)計(jì)方法，這種方法首先從系統(tǒng)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用硬件描述語言對(duì)高層系統(tǒng)進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?，由于設(shè)計(jì)主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上錯(cuò)誤，避免設(shè)計(jì)工時(shí)浪費(fèi)，同時(shí)也減少了邏輯功能仿真工作量，提高了設(shè)計(jì)一次成功率。

2數(shù)字電路設(shè)計(jì)

20世紀(jì)90年代以來，電子信息類產(chǎn)品開發(fā)明顯出現(xiàn)兩個(gè)特點(diǎn)：一是產(chǎn)品復(fù)雜程度加深;二是產(chǎn)品上市時(shí)限緊迫。隨著計(jì)算機(jī)性價(jià)比提高及可編程邏輯器件出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了解放性革命，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)師自己設(shè)計(jì)芯片來實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)功能，將傳統(tǒng)固件選用及電路板設(shè)計(jì)工作放在芯片設(shè)計(jì)中進(jìn)行。然而電路設(shè)計(jì)本質(zhì)上是基于門級(jí)描述單層次設(shè)計(jì)(主要以數(shù)字電路為主)，設(shè)計(jì)所有工作(包括設(shè)計(jì)輸入、仿真和分析、設(shè)計(jì)修改等)都是在基本邏輯門這一層次上進(jìn)行，顯然這種設(shè)計(jì)方法不能適應(yīng)新形勢，為此引入一種高層次電子設(shè)計(jì)方法，也稱為系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。